邁向5G新世界
5G、物聯網、區塊鏈和人工智能等技術的結合，能真正實現萬物互聯，使人類置身于一個智能、可互動的網絡里，徹底改變我們的社交與互動方式
文/羅元婕
根據思科(Cisco)2017年8月發布的數據，發展30年的移動通信網絡用戶約70億量級。超高清視頻、互動媒體與娛樂、跨時空實時協作、虛擬現實、無人駕駛、智慧城市、智能制造、智慧醫療等領域將產生極大的通信需求，未來通信網絡的擴容需求還將繼續增大，對帶寬要求也將不斷提高。而隨著越來越多智能設備的出現，物聯網的海量連接也將大幅提升現有網絡基礎設施的連接壓力。
資料圖：當地時間2月28日，巴塞羅那世界移動通信大會現場。
咨詢公司IDG預測，2020年，全球物聯網設備量將達到281億，全球物聯網市場規模將達到1.7萬億美元。在此之后，物聯網應用將迎來爆發式增長，數以千億的設備將接入網絡，締造出令人眼花繚亂、規模空前的新興產業，使移動通信技術滲透至生產、生活的方方面面。
歐盟5G項目總體負責人、愛立信研究員Afif
Osseiran認為，正是這些市場的特點和需求，使得“面向未來無線通信環境和需求”的5G研究項目應運而生。未來十年，5G將成為用戶享受極限網絡體驗的方式。
5G具有高速率(增強型移動寬帶，eMBB)、大容量(大規模機器通信，mMTC)、低時延(高可靠低時延通信，URLLC)的特性。5G網絡每平方公里可連接的設備數量超過100萬，且在傳輸延時上有巨大的技術突破，能成功做到“毫秒級的延時”。它將大大加速各類智能技術新應用的落地，開啟移動通信發展的新時代，促成一種全移動、全連接社會的構建。
5G、物聯網、區塊鏈和人工智能等技術的結合，能真正實現萬物互聯，使人類置身于一個智能、可互動的網絡里，徹底改變我們的社交與互動方式。
那么，5G環境下，我們能期待什么樣的應用場景？
內容產業大變天
根據Cisco發布的數據，2016年至2021年，全球IP視頻流量將增長3倍，同期移動數據流量增長7倍。目前，產業達成的共識是，高清視頻將成為消耗移動通信網絡流量的主要業務。
國際電信聯盟(ITU)定義了5G技術的8大關鍵能力指標：峰值速率達到20Gbps、用戶體驗數據率達到100Mbps、頻譜效率比用于4G標準的IMT-A提升3倍、移動性達500公里／小時、時延達到1毫秒、連接密度每平方公里達到10Tbps、能效比IMT-A提升100倍、流量密度每平方米達到10Mbps。
如果這一連串術語和數據令人感到眼花繚亂的話，我們可以用一種通俗易懂的說法來解釋：5G網絡的下載速度比 4G
快100倍，用戶能在幾秒內下載完一部4K清晰度的電影，而在4G的條件下，這需要至少1個小時。
4G的出現徹底顛覆了用戶習慣，使得手機、平板等移動客戶端成為用戶觀看視頻、消費文娛內容的首要工具。5G時代的到來，很可能再次顛覆以往的內容創造模式與產業生態。
超高的網速將打亂原先UCG(即用戶生產內容)的原創內容生產節奏。
4G時代，受到網速的限制，用戶愿意以時間換質量，為了在最短時間內下載視頻或圖片，對它們的質量往往只好將就。5G網絡能保證所下載內容的像素與質量，圖片、視頻上傳的速度將大大提升，3D影片、運用虛擬現實或增強現實技術制作的視頻將大幅增加，被社交媒體分享的內容也將成倍增長，內容碎片化的程度也會持續上升。
這樣一來，獨狼式的內容生產模式不再適用，草根逆襲的都市傳說將越來越少，內容生產者們要拼的不僅是創作技能和速度，還要學會和5G廠商或娛樂巨頭合作，為自己爭取硬件資源，搶占渠道。
5G服務的提供方手握渠道，可能與有線電視運營商合作，甚至并購后者。臉書、谷歌、亞馬遜這類互聯網巨頭也不會放過5G這塊肥肉。據《華爾街日報》消息，2017年7月，亞馬遜與美國第二大衛星電視運營商
Dish?Network
Corp開始合作，希望共同建立5G網絡。目前，臉書支持智能手機360度照片上傳的新功能已經上線，并將貫穿虛擬現實內容從錄制、編輯處理，到上傳、下載的全流程，支持360度3D視頻的隨時隨地分享和體驗。
此外，有了大幅提升的網速，下載視頻和在線緩沖的時間相當，下載業務可能再次與流媒體并駕齊驅，爭奪消費者的注意力。
下一代社交平臺：虛擬現實、增強現實
2016年，臉書斥資20億美元收購了虛擬現實可穿戴設備廠商Oculus，引發了一輪資本對虛擬現實(VR)行業的追捧。幾個月后，扎克伯格在接受采訪時卻對這次收購表示后悔。很快，資本市場跟著轉向，媒體口中的“VR元年”才剛開始，沒了硬件和資金支持的虛擬現實行業玩家們就遭遇了寒冬。
目前，VR行業面臨著大量的技術挑戰。VR技術還不能完全實現人機交互操作，只能通過頭戴式設備提供視覺體驗。而這項功能還有一個亟待解決的大問題——眩暈感。
簡單地說，當身體感受和視覺感受不一致的時候，人會感到暈眩，就像站在甲板上不動的人看著身邊一波波的浪向后打去會暈船的感覺一樣。在虛擬環境里，當動作和視覺之間產生超過20毫秒的延遲時，暈眩就會產生。
除此之外，VR技術還面臨著其他各種復雜考驗。虛擬現實最吸引人的地方是“以假亂真”，從戴上設備到進入虛擬環境實踐各種任務，一旦其中一個環節出現錯誤，就會讓使用者瞬間回到現實中，造成極差的人機交互體驗。顯然，這對支撐VR技術正常運行的軟硬件要求極高，而軟硬件的融合是未來的必然走向。目前國內外VR行業都處于發展初期，誰能將軟硬件技術打通，誰就將占上風。
5G將成為在水深火熱里掙扎的VR從業者的福音。現有VR設備受限于目前無線網絡傳輸速度和傳輸時延，通常采用HDMI線纜連接，極大限制了用戶的使用范圍，影響用戶體驗。要實現完美的虛擬現實體驗，就必須實現低于20毫秒的時延。5G具備的毫秒級端到端時延的特性可以解決這個難題。此外，VR設備需要對畫面進行精細繪制，頭盔與主機間需要傳輸大量數據，5G的超高傳輸速率也能較好滿足VR對數據傳輸的要求。
虛擬現實終端和芯片的產業鏈已經形成，在應用領域，如電影、游戲、教育、零售、房地產、教育等行業都有了成功的應用。
可以預見，各領域對VR技術的旺盛需求也將反過來促進5G的普及。例如，軍事領域用虛擬現實模擬飛行環境或戰場，以此提高士兵遇到突發狀況的反應能力，甚至在他們被派駐到完全陌生的國度之前，訓練他們與當地人溝通的技巧。
在工業設計制造方面，“虛擬協作場”的概念被引進。在這個虛擬環境里，身處世界各處的設計者能夠協同合作，研發新產品。在科研領域，實驗變量可被精確控制，實驗環境也能被逼真地創造出來。比如，對恐高癥的研究，從前只能讓參與者想象自己“站在高處”，或提供視覺沖擊。若能讓他們在虛擬環境中站在離地千米的懸崖邊，記錄他們的情緒波動及生理反應，所測數據的真實性對醫學、心理學等領域都有極大的意義。在教學過程中引進虛擬現實技術，則可以逼真地再現恐龍時代、深海生態、宇宙探索、人體解剖等各類話題，不僅省時省力，也更能引起學生的興趣。
除了VR技術，增強現實(Augmented
Reality，下文簡稱AR)技術也會在5G的幫助下蓬勃發展。與受限于頭戴設備特殊性的VR相比，AR的巨大價值在于應用場合的多樣性，如智能導航、旅游導覽、教育培訓、文創、零售等行業。
時尚與營銷行業就是該技術忠實的擁護者。耐克在營銷方面運用了大量AR、VR技術。去年，它把AR技術加入到鞋款的發布和銷售，用類似Pokémon
GO的追捕玩法把限量版球鞋藏匿于街頭巷尾，讓球鞋愛好者們像捉小精靈一樣四下尋購心儀的球鞋。
今年3月，歐萊雅宣布全資收購加拿大一家開發定制AR美容應用程序的公司ModiFace。未來，ModiFace可能為歐萊雅制作類似美顏相機的應用，提供包括口紅、腮紅、高光、眼影等彩妝的預覽特效。ModiFace曾搜集75個美容零售商和品牌的數據，結果顯示，引入了AR技術后，這些美妝品牌和零售商的線下銷售額平均增長率為84%，互動時長增長了117%。
4月，ZARA在全球137家店鋪推出為期兩周的AR體驗，所有AR效果展示的商品均可通過ZARA網上商店或實體店鋪進行購買。可以預見，在5G的加持下，這些潮流達人們將以最快的速度擁抱新技術，將消費者體驗做到極致。
AR技術值得讓制片人或轉播方大開腦洞，提高用戶的參與度，讓線上線下的互動融為一體，提供沉浸式的現場體驗。比如，轉播歐冠的時候，讓用戶可以選擇裁判的視角看球。再比如，探險類的真人秀節目能運用體感技術，使觀眾無需使用任何復雜的控制設備就能身臨其境地與內容互動。觀眾能自主選擇并加入真人秀的某個小分隊，和偶像們線上線下一起探秘尋寶、積分闖關……5G技術在上行鏈路帶寬、時延、網絡容量、功率控制、節能方案的設計上引入創新方案，有力支持了隨時隨地的移動體驗，由此帶來的巨大的潛在用戶市場和規模開發的成本優勢，將再次大幅提高人們的通信、生活體驗。
基于未來5G移動網絡的業務體驗將不受地域、時空的限制迅速交互傳播，VR、AR漫游沉浸式體驗所創造的身臨其境的交互信息將取代文字、圖片，成為下一代社交平臺的主要信息載體。
5G下的移動醫療：人人享有及時便利的醫療服務
移動醫療指的是借助移動網絡技術的使用，實現預防、咨詢、診療、康復、保健等全流程的醫療健康服務體系。隨著人們的生活質量與健康意識不斷增強，及時、準確、便利的醫療健康服務日益受到關注。根據美國市場研究公司Grand
View Research的研究顯示，2020年，預計全球醫療健康市場的規模將達到491億美元。
移動醫療在5G網絡環境下，能及時處理信息，實現高效便捷的醫療診斷，并有效優化醫療資源配置，連接醫院信息孤島，將目前分散的醫療服務資源、醫療終端和數據整合共享，提高醫療系統的效率，簡化就醫流程，提升醫療體驗。
受益于5G網絡的連接能力，醫生將使用更多的技術手段實現對病人的實時監測和遠程診治。病人也可以通過可穿戴醫療設備，接受醫生的遠程監控功能和診斷。越來越多的可穿戴設備將大大提升個人健康管理、生活質量和工作效率。平日服裝、配飾內可植入輕薄低能耗的防水傳感器，這些傳感器將對穿戴者所處環境如氣壓、溫度、濕度、空氣質量及穿戴者自身健康指數如血壓、心律、體溫、皮膚濕度等進行監控。傳感器收集到的所有數據都將通過移動網絡傳回個人生活數據庫及區域內的醫院，個人生活管理系統分析收集上來的信息實時提醒穿戴者避開有害健康的區域或行為，提出調整飲食、睡眠、運動量等的建議，甚至可以在檢測到身體異常時提前通知家庭醫生或就近醫院，達到有效及時的個人健康管理，輔助各項醫療診治項目的開展。GSMA和麥肯錫的聯合研究發現，在世界經濟合作與發展組織和金磚四國中，通過遠程醫療，每年可節約210億美元。
此外，5G將助益醫療機器人的研發。手術機器人是一種智能外科手術工具。它借助于精確的干預措施、本體結構和智能控制系統等技術，能突破原有醫生的手眼限制，提高臨床操作準確性和手術成功率。目前手術機器人已廣泛應用于神經外科、腹腔外科、胸外科、骨外科、眼科、耳鼻喉、血管介入及顱面外科等醫療中。術后，也有不同種類的康復機器人正在研發，或已投入使用。
醫療機器人目前有幾個活躍的研究方向。一是視覺限制(visual constrained
)。比如，通過給機器人做視覺上的限制，讓機器明白，患者身體的某一區域是絕對不能動的。 二是共享控制(Shared-control robotic
systems)， 指的是一臺手術里，有一部分是人工主導的，另一部分是機器主導的。在進行手術的過程當中，人和機器人進行互動，共同完成手術。
在共享控制這一研究領域，想要增強機器的反饋能力，讓外科醫生有更真實的手術感受，比如機器和肌膚的觸感等，就要盡可能開發多種傳感器，收集人機交互時各種不同的數據，讓人機互動的界面更友好，讓機器人更易操作，向人類提供正確的反饋信息，讓操刀者的行動盡可能自然。
構造這種真實性，很吸引人，也極具挑戰。挑戰之一來自機器人設計層面。任何遙控外科手術，都會受到信息傳遞速度的影響。5G網絡的普及能極大減少延遲時間，
確保外科醫生的手感只受微小影響。
另一個挑戰在于機器學習。外科醫生本人的經驗，和他們對機器人的熟悉程度都有深淺之分，從菜鳥到專家的學習過程，機器人和人都要經歷。研究人員需要做的，是盡可能多地收集、分析每次人機互動的數據，優化機器人的性能。在5G的網絡環境下，傳感器搜集到的數據能被研究人員以最快的速度搜集整理，輔助手術機器人的快速智能化。
5G在路上：從無人駕駛到田間地頭
車聯網系統利用車車通信、車人通信、車路通信和車網通信及自動駕駛和大數據分析等技術，實現車輛、行人、路面基礎設施之間的感知互聯，對于保障交通安全、提高城市交通運行效率、降低污染排放都有重要意義。
以自動駕駛為例，安全、自由的行程體驗，將帶動車聯網市場空間的快速增長。Navigant
Research咨詢公司的研究表明，到2035年，全球無人駕駛汽車銷量可達9500萬輛。埃森哲公司預測，到2025年，所有新車都具備聯網功能，全球車聯網市場總額將達8300億美元。
自動駕駛技術的實現與發展必然離不開5G。自動駕駛的核心，是讓車繞過人類感官與交通環境實現交互。這意味著無人駕駛汽車極度依賴雷達、攝像頭及遍布車身的傳感器，將產生巨大的數據量，而無人駕駛系統需要執行無數的內存密集型計算，對計算性能提出了苛刻的要求。
隨著車聯網和智能駕駛技術的快速發展，對車輛行駛數據采集、處理和交互控制的要求越來越高。數據顯示，到2020 年，無人駕駛汽車每秒將消耗 0.75GB
的數據流量。龐大的數據量需要超高速率、超低時延的傳輸，當前的通信系統不能處理其中所需的超高帶寬，這恰恰是 5G 大顯身手的地方。
在美國汽車工程師學會和德國汽車工業學會聯合定義的車輛自動化等級(0-5)中，5級，即高級自動化或全自動化的車輛對傳輸速率的要求達到100／Mbps，傳輸時延僅在1至10毫秒之內。自動駕駛過程中，目前最快的4G網絡也需要幾十毫秒用于發送信息并收到反饋，但在5G網絡下，從發送并收到信息反饋不到1毫秒。
如果汽車以每小時60英里(約96.56公里／小時)的速度行駛，在使用5G通訊網絡的情況下，其收到某一反饋信息后實際上只移動了3厘米左右。換句話說，遇到緊急情況時汽車有足夠的時間剎車或者變道，避免事故發生。現有4G網絡時延條件之下，時速100公里的汽車，從發現障礙到啟動制動系統仍需要移動1.4米。
5G網絡的覆蓋面廣是它應用于自動駕駛技術的另一個大優勢。當前使用的自動駕駛技術很大程度上依賴于4G技術、V2V(車對車)和V2I(車對基礎設施)等技術的結合，V2V和V2I技術主要依賴于DSRC專用短程通信技術。雖然DSRC技術較4G技術傳輸速度更快，但其使用范圍有限，只能在安有DSRC無線電設備的區域使用。要實現交互，汽車還需尋找附近安裝有同樣裝備的汽車以及基礎設施。5G網絡則不存在這樣的問題，只要有手機信號覆蓋的地方，就可以使用5G技術。
從城市管理的角度看，智能駕駛將提高交通效率，緩解擁堵，大幅減少人為因素引發的的交通事故，節省大量的人力、財力成本與資源。由于無人駕駛汽車在加速和剎車方面不斷優化，它們將幫助提高燃油效率，降低碳排放。麥肯錫咨詢公司預測，無人駕駛汽車一旦大規模被采用，每年將幫助減少3億噸的二氧化碳排放。借助5G網絡的商用部署，自動駕駛有望于2025年進入市場推廣階段，實現人、車、環境協同統一的目標。
以上舉的事例只是5G未來應用場景的冰山一角。在節能環保、智能電網、導航通信、智能農業、智能制造、智慧城市等領域，5G都可能帶來令人眼花繚亂且實際的效用。
比如，未來的農場，土壤中可廣泛部署多種土壤質量傳感器，實時反饋土壤的養分含量、水分等數據，以精準控制澆灌和施肥設備；農場四周可以安裝溫度、濕度、風力、日照等傳感器；河流中可以安裝水質監控傳感器，一旦發現污染，可以及時治理；每頭牲畜或禽類體內可植入病毒檢測、血壓、體溫等傳感器，實施監控牲畜健康狀況，定位牲畜位置等。通過各種智能傳感器建立起來的智能農業系統將極大地降低管理成本提升生產效率……
不過，2G、3G、4G的技術演進過程表明，每種新技術從研究到商用部署，都要經歷較為漫長的過程。雖然5G的應用前景令人振奮，但要在短時間內普及，還面臨不少挑戰。5G之所以能提供至少10Gbps的峰值下載速率和低于1毫秒的延遲，是因為它使用了更高的頻段，比如28GHz、39GHz等毫米波頻段。但5G毫米波有天生的弱點：信號衰耗大、易受阻擋、覆蓋距離短等。在大氣傳播中，毫米波主要受氧氣、濕度、霧和雨的影響，也就是說，某一區域的天氣變化和地形環境將對5G信號產生影響。
雖然5G可能從2020年起在全球各地開啟商用，但由于5G從未用于消費者移動服務，因此運營商仍在研究5G信號在不同類型的地形和天氣中的表現。美國
AT＆T公司研究工程師Bob
Bennett表示，他們正在研究信號如何受到諸如雪、雨、冰雹、楓樹、橡樹和云杉樹等不同因素的影響，因為每個信號都會有所不同。
從全球移動通信技術的發展歷程來看，
5G網絡不但會成為全球通信產業的新一輪發展機遇，還將與各項新興信息技術相互帶動，成為催熟行業應用的網絡平臺。
而現在，正是5G時代的開端。